CN113152088A - 一种柔性织物基应变传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性织物基应变传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。本发明所述的制备方法，包括如下步骤：(1)对弹性织物进行预处理；(2)采用多巴胺或其衍生物对预处理后的弹性织物进行改性；(3)将多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物在石墨烯或其衍生物的分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干；(4)将步骤(3)的得到的弹性织物在硝酸银和碳纳米管或其衍生物的混合分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到柔性织物基应变传感器。多巴胺或其衍生物的加入改善了碳系材料分散性差、容易团聚的问题，解决了传感器中导电材料与基体的键合牢固度问题，同时也解决了现有柔性应变传感器底灵敏度、宽应变等问题。

Description

一种柔性织物基应变传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种柔性织物基应变传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。
背景技术
作为可穿戴电子设备的核心部件，应变传感器的发展得到了人们越来越多的关注，在可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储等领域具有广泛的应用。近年来，基于弹性织物的柔性传感器因其柔软、透气、成本低、等优点越来越受到人们的关注。织物基的柔性传感器能够与衣物集成，具有很大的应用前景。
目前有相关报道已经将碳纳米材料(碳纳米管、石墨烯和炭黑等)和金属纳米材料(金属纳米线和金属纳米颗粒)等引入到织物基体制备柔性传感器。通常导电材料采用浸涂、浸渍、直接浸轧、喷涂、复配液整理、交联改性、紫外光固化及化学气相沉积等方法将导电材料附着在弹性织物基底上。例如：Ravinder等人在聚酯织物上浸涂石墨烯(Ravinder RK,Gandla S,Gupta D.Highly Sensitive,Rugged,and Wearable Fabric Strain SensorBased on Graphene Clad Polyester Knitted Elastic Band for Human MotionMonitoring[J].Advanced Materials Interfaces,2019:1900409.)，结果发现，石墨烯与该弹性聚酯织物的结合性能较差，导致其在20-50％的传感范围内，灵敏度却为5，限制了其作为柔性传感器在可穿戴设备、人机交互等领域的应用。专利(CN110455176A)提及了一种柔性应变传感器的制备方法，该专利通过浸渍和水浴还原处理方式将碳纳米管和石墨烯沉积在锦氨织物表面，获得柔性应变传感器，然而采用上述专利制备的柔性织物应变传感器在长时间使用后，其表面的碳纳米管和石墨烯出现分层脱落，导致其传感性能不佳，而且上述专利也并未提及导电材料与基体之间的粘附效应问题。研发人员开始在导电材料与基体之间添加一些诸如聚乙二醇、硅烷偶联剂等试剂，以增强导电物质在弹性织物上的粘附性。然而，由于一些粘附试剂与弹性织物机械模量的不匹配导致其出现分层和/或局部断裂现象，限制了导电填料的分散性和导电性，进而限制了所制备的传感器作为可穿戴、便携式器件的应用。
发明内容
[技术问题]
目前的方法制备得到的织物应变传感器中导电物质(石墨烯、碳纳米管等)和弹性织物的结合力差，导致出现传感范围小、灵敏度差等问题。
[技术方案]
为了解决上述至少一个问题，本发明基于动态键合双重协同作用的层状浸渍工艺，提出了一种利用交替插层互锁制备柔性织物基应变传感器的方法，解决了传感器中导电材料与基体的键合牢固度问题，同时解决了现有应变传感器低灵敏度、宽应变等问题，并改善应变传感器作为可穿戴器件的能力。
本发明的第一个目的是提供一种制备柔性织物基应变传感器的方法，包括如下步骤：
(1)对弹性织物进行预处理，得到预处理后的弹性织物；
(2)采用多巴胺或其衍生物对步骤(1)预处理后的弹性织物进行改性，得到多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物；
(3)将步骤(2)得到的多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物在石墨烯或其衍生物的分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到包覆内导电结构的弹性织物；
(4)将步骤(3)得到的包覆内导电结构的弹性织物在硝酸银和碳纳米管或其衍生物的混合分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到包覆内、外导电结构的弹性织物，即柔性织物基应变传感器。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的预处理是采用氢氧化钠溶液进行预处理，具体是将弹性织物浸渍于含有氢氧化钠(2-5g/L)的溶液中，于85℃条件下恒温浸渍45-60min后取出，水洗，烘干，称重备用。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的弹性织物为聚氨酯纤维与其他纤维纯交织而成的机织物或针织物中的一种，包括涤氨织物、锦氨织物、棉氨织物、莫代尔/氨织物等中的一种，具体包括经编锦氨、纬编涤氨中锦的原料比例为60-80％，涤纶的原料比例为60-80％，氨纶的原料比例为20-40％，横密：20-30/cm，纵密：30-40/cm；锦氨针织物的横密：20-40/cm，纵密：20-50/cm。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的多巴胺或其衍生物包括盐酸多巴胺、类聚多巴胺(DATA)、N-3,4-二羟基苯乙基丙烯酰胺(DAA)、MOA中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的改性是将步骤(1)得到的预处理后的弹性织物浸渍在含有多巴胺或其衍生物和tris缓冲液的混合溶液中，溶液pH为8-10，水洗、干燥得到；其中混合溶液中多巴胺或其衍生物的浓度为0.5-4.5mg/mL；tris缓冲液的浓度为0.5-2.5M。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述改性过程中浸渍是室温(20-30℃)下磁力搅拌(70-90rpm)浸渍20-30h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的石墨烯或其衍生物的分散液的浓度为10-40mM。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的石墨烯或其衍生物的分散液的溶剂包括聚乙二醇、聚对苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述浸渍的温度50-80℃，时间20-40min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的石墨烯或其衍生物包括氧化石墨烯、羧基化石墨烯、氨基化石墨烯中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的干燥是40-80℃干燥20-40min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的还原是将干燥之后的织物在还原剂溶液(10-60mM)中进行还原，还原温度35-95℃，还原时间10-30min；其中还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、柠檬酸钠等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)可以重复1-5次，后再进行步骤(4)。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述混合分散液中硝酸银的浓度为15-45mM，碳纳米管及其衍生物的浓度为10-40mM。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述碳纳米管及其衍生物包括氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的碳纳米管及其衍生物的分散液的溶剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、叔碳酸乙烯酯(V10)等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述浸渍的温度20-30℃，时间20-60min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的还原是将干燥之后的织物在还原剂溶液(10-60mM)中进行还原，还原温度20-90℃，还原时间20-60min；其中还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、硼氢化钠、柠檬酸钠等中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)可以重复1-5次。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的柔性织物基应变传感器。
本发明的第三个目的是本发明所述的柔性织物基应变传感器在可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储领域中的应用。
[有益效果]
(1)本发明的柔性织物基应变传感器是以多巴胺或其衍生物功能改性的弹性织物为基体，在所述基体的表面利用交替插层互锁和液相化学吸附还原的方法依次包覆有内层导电结构和外层导电协同网络结构；所述多巴胺或其衍生物功能改性是指多巴胺或其衍生物中的胺基、亚胺基、酚羟基可以通过配位作用、氢键缔合、静电相互作用、疏水相互作用甚至共价反应与弹性织物相互键合，牢牢粘附在于其表面；所述交替插层互锁的方法是通过两种不同物质之间的键合驱动力交替沉积插层获得多层膜的过程，这样的沉积效果不仅增加了石墨烯或其衍生物与基体的接触面积，还增强了石墨烯或其衍生物与基体的粘附效果；所述液相化学吸附还原方法是指带有正电荷的Ag+通过静电吸附作用吸附到沉积有导电填料(碳纳米管或其衍生物和石墨烯或其衍生物分子链中的负电荷基团)的基体上。
(2)本发明的柔性织物基应变传感器中导电网络结构的构筑：一方面碳纳米管或其衍生物与银纳米粒子之间的二维导电网络结构构筑；另一方面，石墨烯或其衍生物和碳纳米管或其衍生物与银纳米粒子之间的三维导电网络结构构筑。
(3)本发明所述的柔性织物应变传感器具有动态键合双重协同作用模式：一方面基体表面聚多巴胺中的胺基、亚胺基、酚羟基等与沉积到基体上的导电填料中的含氧基团形成共价键与非共价键协同结合；另一方面，导电填料分子链中的负电荷基团与带有正电荷的Ag+形成静电吸附结合，进而被还原剂还原为纳米银颗粒。
(4)本发明采用多巴胺快速沉积的方法不仅解决了导电纳米填料的分散性和再团聚问题，还增强了导电填料层与弹性织物之间的粘合，无需大量的化学粘附试剂，也无需传感器的表面封装工艺，与现有的化学方法相比，本发明的工艺方法绿色环保、操作简单且成本低廉。与金属、半导体等刚性材料传感器相比，本发明采用弹性织物作为基体使应变传感器具备良好的柔软性、拉伸特性以及大规模集成特性，能广泛应用于可穿戴器件。
(5)本发明采用交替插层互锁方法制备的柔性应变传感器既增强了导电层与基体之间的附着性，又改善了石墨烯或其衍生物分散性差、容易团聚的问题，同时碳纳米管及其衍生物和金属纳米银颗粒的沉积进一步提升了三维导电网络结构的连续性与可控性，使导电填料能够均匀分散，在节约原料的同时有利于提高复合材料导电性能、灵敏度和结构稳定性，为传感器的发展提供了新的思路。这种制备方法具有适用性广、灵活性强、效率高等优点，是高效可控制备高性能柔性压阻复合薄膜的优良途径，便于工业化生产。
(6)本发明的方法制备得到的包覆内、外导电层的涤氨织物的应力在64.96MPa以上，应变在297.36％以上，电阻在2.36Ω以下，经过600次摩擦后，电阻在30.39Ω以下；经过180次水洗之后，电阻在58.28Ω；与原始涤氨织物相比，包覆内、外导电层的涤氨织物20-50％、50-100％、100-150％、150-240％应变下的灵敏度系数GF为120.45、168.34、275.47、549.78，表明了传感器在不同应变下的灵敏度可控性；包覆内、外导电层的涤氨织物在不同应变下的电阻稳定性好，具有机械可靠性和长期耐久性。
附图说明
图1为应力-应变测试的装置图。
图2为本发明的柔性织物基应变传感器的制备工艺示意图。
图3为实施例1的柔性织物基应变传感器的扫描电子显微镜图；其中(a)、(b)、(c)、(d)分别为原始涤氨织物、多巴胺改性后的涤氨织物、包覆内层导电层的涤氨织物、包覆内、外导电层的涤氨织物。
图4为实施例1中基于涤氨织物的柔性应变传感器的制备过程；其中(a)、(b)、(c)分别为基于涤氨织物3的柔性应变传感器1的制备过程、Ag+离子和羧基化碳纳米管与聚多巴胺2改性涤氨织物的合成机理、还原氧化石墨烯与多巴胺改性涤氨织物的合成机理。
图5为实施例1中Ag+离子和羧基化碳纳米管与聚多巴胺改性涤氨织物的合成机理(图4中(b)的放大图)；其中1是聚多巴胺；2、3、4是氢键；5是涤氨织物、6是还原氧化石墨烯；7是羧基化碳纳米管。
图6为实施例1中还原氧化石墨烯与多巴胺改性涤氨织物的合成机理(图4中(c)的放大图)；其中1是聚多巴胺；2、3、5是氢键；4是涤氨织物、6是还原氧化石墨烯。
图7为实施例1的柔性织物基应变传感器与弹性织物基体的应力-应变特性曲线；其中1：原始涤氨织物；2：多巴胺包覆涤氨织物；3：包覆内层导电层的涤氨织物；4：包覆内、外导电层的涤氨织物。
图8为实施例1的柔性织物基应变传感器的应变-电阻特性曲线；其中1：原始涤氨织物；2：包覆内、外导电层的涤氨织物。
图9为实施例1的柔性织物基应变传感器在不同应变下电阻随时间延长而变化的电阻蠕变时间曲线；其中(a)、(b)、(c)、(d)分别为应变传感器在5％应变下的电阻蠕变时间曲线、在10％应变下的电阻蠕变时间曲线、在15％应变下的电阻蠕变时间曲线、在30％应变下的电阻蠕变时间曲线。
图10为实施例1的柔性织物基应变传感器的电学稳定性曲线。
图11为实施例2的柔性织物基应变传感器的应力-应变特性曲线；其中1：原始锦氨织物；2：聚多巴胺包覆的锦氨织物；3：羧基化碳纳米管/聚多巴胺包覆的锦氨织物；4：纳米银/羧基化碳纳米管/聚多巴胺包覆的锦氨织物。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
实施例采用的涤氨织物是涤氨纬编双罗纹织物，其中涤纶的原料比例为70％，氨纶的原料比例为30％，横密：24/cm，纵密：38/cm；锦氨织物是经编锦氨针织物，其中锦纶的原料比例为70％，氨纶的原料比例为30％，横密：25/cm，纵密：25/cm。
实施例采用的氧化石墨烯分散液是以十二烷基苯磺酸钠为溶剂，其中氧化石墨烯购自南京先丰纳米材料科技有限公司；羧基化碳纳米管和硝酸银分散液是以十二烷基苯磺酸钠和PVP为溶剂，其中羧基化碳纳米管购自南京先丰纳米材料科技有限公司；其他未具体说明的溶液是以水为溶剂。
测试方法：
1、应力、应变的测试：
应变传感响应行为采用自行设计的测试系统进行测试，如图1所示。该系统主要包含应变控制装置(电子万能试验机)和电信号采集装置(高精度数字万用表)两部分。这两套设备分别连接到同一台电脑上，可以实现对外场作用(拉伸、弯曲和压缩等)下试样的机械和电学响应信号的同步采集。在整套装置中，使用带有绝缘橡胶层的夹具固定纱线。当样品受到外力发生形变时，电极随着夹具同时移动，高精度数字万用表同步记录样品在形变过程中的瞬间电阻。
2、灵敏度的测试：
灵敏度是决定应变传感性能的最重要参数，尤其是对于需要微弱位移检测的各种应用(例如超灵敏的皮肤)而言。传感响应相对于施加应变的变化量决定了传感器的灵敏度，应变传感器的灵敏度采用敏感因子(Gauge factor,GF)来进行衡量，相应的GF公式如下式(1)：
Figure BDA0003037578950000061
其中，R和R0分别表示外场作用下传感器的测试电阻值和初始的电阻。
3、耐摩擦测试：
参照国标GB/T21196进行测试。
4、耐水性测试：
参照文献(Dca B,Xue B,Jpa B,et al.In situ hydrothermal growth of CuNPs on knitted fabrics through polydopamine templates for heating and sensing[J].Chemical Engineering Journal,382.)进行测试。
实施例1
一种制备柔性织物基应变传感器的方法，如图2，包括如下步骤：
(1)将涤氨织物浸渍于含有氢氧化钠(2g/L)的溶液中，于85℃条件下恒温浸渍45min后取出，水洗、烘干、称重备用；得到预处理的涤氨织物；
(2)将步骤(1)得到的预处理后的涤氨织物浸渍于含有盐酸多巴胺(2mg/mL)和tris缓冲液(1M)的混合溶液中，溶液pH为8.5；随后于室温(25℃)下磁力搅拌(80rpm)24h；水洗、烘干，得到聚多巴胺改性后的涤氨织物；
(3)将步骤(2)得到的聚多巴胺改性后的涤氨织物浸渍于氧化石墨烯分散液(30mM)中，浸渍温度65℃，浸渍时间30min，之后60℃下干燥30min；然后将干燥的织物浸渍于LAA溶液(30mM)中进行还原，还原温度85℃，还原时间30min，最后水洗，烘干，之后重复浸渍-还原操作3次；得到包覆有内层导电结构(还原氧化石墨烯纳米片层)的涤氨织物；
(4)将步骤(3)得到的包覆有内层导电结构(还原氧化石墨烯纳米片层)的涤氨织物浸渍于含有羧基化碳纳米管(30mM)和硝酸银(AgNO3)(35mM)混合分散液中30min，水洗、烘干；然后将烘干的涤氨织物浸渍在LAA溶液(30mM)中进行常温还原，还原时间30min，最后水洗，烘干，之后重复浸渍-还原操作3次，得到包覆有内、外层导电结构(羧基化碳纳米管与金属纳米银颗粒的协同导电网络层)的涤氨织物，即柔性织物基应变传感器(扫描电镜图如图3)。
将得到的柔性织物基应变传感器进行性能测试，测试结果如下：
图4为还原氧化石墨烯、羧基化碳纳米管以及纳米银颗粒与弹性织物的合成机理及化学结构；其中(a)、(b)、(c)分别为基于涤氨织物3的柔性应变传感器1的制备过程、Ag+离子和羧基化碳纳米管与聚多巴胺2改性涤氨织物的合成机理、还原氧化石墨烯与多巴胺改性涤氨织物的合成机理。从图4可以看出：所制备的柔性应变传感器具有共价键与非共价键协同作用模式和导电网络结构的构筑。
从图5可以看出：羧基化碳纳米管7可以插层在包覆有还原氧化石墨烯6的聚多巴胺1改性涤氨织物5基体中充当纳米空间阻隔片的作用，进一步抑制了还原氧化石墨烯片层的堆叠，而且羧基化碳纳米管与还原氧化石墨烯也是以化学键与氢键2、4协同结合的方式镶嵌在基体上。另外，羧基化碳纳米管与还原氧化石墨烯中的负电荷基团与带有正电荷的Ag+形成静电吸附结合，进而被抗坏血酸还原为纳米银颗粒。这样的方法促使羧基化碳纳米管、纳米银颗粒、还原氧化石墨烯均匀紧密的粘附在多巴胺改性涤氨织物基体上，界面间粘附作用增强，同时也提升了其稳定性和耐久性。此外，关于导电网络结构的构筑：一方面羧基化碳纳米管为一维材料，纳米银颗粒为零维材料，利用它们之间的协同作用构筑二维导电网络结构；另一方面它们与包覆的还原氧化石墨烯以化学键与氢键协同结合的方式构筑三维导电网络结构，同时该导电网络结构的构筑具有良好的可控性，可以通过升降维、插层和功能改性等方法对传感器的灵敏度进行调控。
从图6可以看出：基体表面聚多巴胺1中的胺基、亚胺基、酚羟基等与沉积到涤氨织物4基体上的还原氧化石墨烯6中的含氧基团形成化学键与氢键5、2、3协同结合。
图7和表1为柔性织物基应变传感器与弹性织物基体的应力-应变特性曲线与数据；其中1：原始涤氨织物；2：聚多巴胺包覆涤氨织物；3：包覆内层导电层的涤氨织物；4：包覆内、外导电层的涤氨织物。从图7可以看出：包覆内、外导电层的涤氨织物的应力64.96MPa，应变297.36％；包覆内层导电层的涤氨织物的应力58.34Mpa应变291.08％；聚多巴胺包覆涤氨织物的应力50.11MPa，应变286.08％；原始涤氨织物的应力44.62MPa应变280.61％。与原始涤氨织物相比，包覆内、外层导电层的涤氨织物具有优异的力学性能，这表明制备的传感器具备优良的可拉伸性。
表1实施例1的应力-应变测试结果
Figure BDA0003037578950000081
图8为柔性织物基应变传感器的应变-电阻特性曲线；其中1：原始涤氨织物；2：包覆内、外导电层的涤氨织物。从图8可以看出：与原始涤氨织物相比，包覆内、外导电层的涤氨织物20-50％、50-100％、100-150％、150-240％应变下的灵敏度系数GF约为120.45、168.34、275.47、549.78，表明了传感器在不同应变下的灵敏度可控性。
图9为柔性织物基应变传感器在不同应变下电阻随时间延长而变化的电阻蠕变时间曲线。从图9可以看出：柔性织物基应变传感器的低蠕变现象，展现了传感器在不同应变下的电阻稳定性。
图10为柔性织物基应变传感器的电学稳定性曲线。从图10可以看出：通过周期性加载/释放(应变范围从0％到30％)进一步测试应变传感器的稳定性和重复性，经过2000次循环后，传感器仍保持良好的稳定性，可见传感器具有机械可靠性和长期耐久性。
表2和表3为柔性织物基应变传感器的耐摩擦和耐水洗的测试结果，从表2和表3可以看出：柔性织物基应变传感器经过600次摩擦之后，电阻仅为30.39Ω；超声水洗180次之后，电阻仅为58.28Ω。
表2柔性织物基应变传感器的耐摩擦性能测试结果
耐摩擦次数/次 电阻/Ω
0 2.36
50 4.5
100 7.9
200 10.25
300 12.86
400 15.49
500 24.27
600 30.39
表3柔性织物基应变传感器耐水洗的测试结果
超声水洗/分钟 电阻/Ω
0 2.36
10 5.35
30 8.46
60 12.57
90 20.57
120 38.89
150 46.98
180 58.28
实施例2
一种制备柔性织物基应变传感器的方法，包括如下步骤：
(1)将锦氨织物浸渍于含有氢氧化钠(2g/L)的溶液中，于85℃条件下恒温浸渍45min后取出，水洗、烘干、称重备用；得到预处理的锦氨织物；
(2)将步骤(1)得到的预处理后的锦氨织物浸渍于含有盐酸多巴胺(2mg/mL)和tris缓冲液(1M)的混合溶液中，溶液pH为8.5；随后于室温(25℃)下磁力搅拌(80rpm)24h；水洗、烘干，得到聚多巴胺改性后的锦氨织物；
(3)将步骤(2)得到的聚多巴胺改性后的锦氨织物浸渍于含有羧基化碳纳米管(30mM)分散液中常温浸渍30min，之后60℃下干燥30min；得到包覆有内层导电结构(羧基化碳纳米管)的锦氨织物；
(4)将步骤(3)得到的包覆有内层导电结构(羧基化碳纳米管)的锦氨织物浸渍于含有硝酸银(AgNO3)(35mM)分散液中30min，水洗、烘干；然后将烘干的锦氨织物浸渍在LAA溶液(30mM)中进行常温还原，还原时间30min，最后水洗，烘干，之后重复浸渍-还原操作3次，得到包覆有内、外层导电结构(羧基化碳纳米管与金属纳米银颗粒的协同导电网络层)的锦氨织物，即柔性织物基应变传感器。
将得到柔性织物基应变传感器进行性能测试，测试结果如下：
图11和表4为柔性织物基应变传感器的应力-应变特性曲线与数据；其中1：原始锦氨织物；2：聚多巴胺包覆的锦氨织物；3：羧基化碳纳米管/聚多巴胺包覆的锦氨织物；4：纳米银/羧基化碳纳米管/聚多巴胺包覆的锦氨织物。从图11可以看出：纳米银/羧基化碳纳米管/聚多巴胺包覆的锦氨织物：应力4.67MPa，应变278.75％；羧基化碳纳米管/聚多巴胺包覆的锦氨织物：应力3.45Mpa应变247.64％；聚多巴胺包覆的锦氨织物：应力1.66MPa，应变152.07％；原始锦氨织物：应力1.46MPa应变147.96％
表4实施例2的测试结果
Figure BDA0003037578950000101
实施例3
调整实施例1中氧化石墨烯分散液的浓度为10、20、40mM，省略步骤(4)，其他和实施例1保持一致，得到包覆有还原氧化石墨烯纳米片层的涤氨织物。
将得到包覆有还原氧化石墨烯纳米片层的涤氨织物进行性能测试，测试结果如下：
表5实施例3的测试结果
Figure BDA0003037578950000111
实施例4
调整实施例1中“含有羧基化碳纳米管(30mM)和硝酸银(AgNO3)(35mM)”如表6，省略步骤(3)，其他和实施例1保持一致，得到柔性织物基应变传感器。
将得到柔性织物基应变传感器进行性能测试，测试结果如下：
表6实施例4的测试结果
Figure BDA0003037578950000112
Figure BDA0003037578950000121
对照例1
调整实施例1的步骤(3)为超声清洗器进行导电层的附着，省略步骤(2)和(4)，其他和实施例1保持一致，调整的步骤(3)具体操作为：
将步骤(1)预处理得到的涤氨织物浸渍于氧化石墨烯分散液(浓度见表7)中进行超声浸渍，超声浸渍温度25℃，超声浸渍时间10min，之后60℃下干燥30min；然后将干燥的织物浸渍于LAA溶液(30mM)中进行还原，还原温度85℃，还原时间30min，最后水洗，烘干；之后重复浸渍-还原操作3次；得到包覆有还原氧化石墨烯纳米片层的涤氨织物。
将得到包覆有还原氧化石墨烯纳米片层的涤氨织物进行性能测试，测试结果如下：
表7对照例1的应力-应变测试结果
Figure BDA0003037578950000122
表8对照例1的耐摩擦性能测试结果
耐摩擦次数/次 电阻/Ω
0 350.26
50 500.24
100 680.36
200 790.21
300 843.28
400 900.24
500 1000.44
600 1200.35
表9对照例1的耐水洗测试结果
超声水洗/分钟 电阻/Ω
0 350.26
10 600.34
30 735.89
60 805.36
90 1200.54
120 1300.35
150 1400.68
180 1800.35
对照例2
调整实施例1的步骤(4)为超声清洗器进行导电层的附着，省略步骤(2)和(3)，其他和实施例1保持一致，调整的步骤(4)具体操作为：
将步骤(1)预处理得到的涤氨织物浸渍于含有羧基化碳纳米管(见表10)和硝酸银(AgNO3)(见表10)中进行超声浸渍，超声浸渍温度25℃，超声浸渍时间15min，水洗、烘干；之后60℃下干燥30min；然后将烘干的涤氨织物浸渍在LAA溶液(30mM)中进行常温还原，还原时间30min，最后水洗，烘干；之后重复浸渍-还原操作3次，得到包覆有内、外层导电结构(羧基化碳纳米管与金属纳米银颗粒的协同导电网络层)的涤氨织物，即柔性织物基应变传感器.
将得到柔性织物基应变传感器进行性能测试，测试结果如下：
表10对照例2的应力-应变测试结果
Figure BDA0003037578950000141
表11对照例2的耐摩擦测试结果
耐摩擦次数/次 电阻/Ω
0 25.48
50 40.38
100 50.45
200 70.38
300 85.20
400 100.49
500 120.52
600 140.89
表12对照例2的耐水洗测试结果
Figure BDA0003037578950000142
Figure BDA0003037578950000151
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种制备柔性织物基应变传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对弹性织物进行预处理，得到预处理后的弹性织物；
(2)采用多巴胺或其衍生物对步骤(1)预处理后的弹性织物进行改性，得到多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物；
(3)将步骤(2)得到的多巴胺或其衍生物改性后的弹性织物在石墨烯或其衍生物的分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到包覆内导电结构的弹性织物；
(4)将步骤(3)得到的包覆内导电结构的弹性织物在硝酸银和碳纳米管或其衍生物的混合分散液中浸渍，干燥、还原、洗涤、烘干，得到包覆内、外导电结构的弹性织物，即柔性织物基应变传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的石墨烯或其衍生物的分散液的浓度为10-40mM。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述混合分散液中硝酸银的浓度为15-45mM，碳纳米管及其衍生物的浓度为10-40mM。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的弹性织物为聚氨酯纤维与其他纤维纯交织而成的机织物或针织物中的一种，包括涤氨织物、锦氨织物、棉氨织物、莫代尔/氨织物中的一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述改性过程中浸渍是20-30℃、70-90rpm下浸渍20-30h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述浸渍的温度50-80℃，时间20-40min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述浸渍的温度20-30℃，时间20-60min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的石墨烯或其衍生物的分散液的溶剂包括聚乙二醇、聚对苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的柔性织物基应变传感器。
10.权利要求9所述的柔性织物基应变传感器在可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储领域中的应用。
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